新能源汽车核心技术“电池、电机、电控”三电系统解读

最新更新时间:2022-10-17来源: 白日梦车 手机看文章 扫描二维码
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新能源汽车的核心一定不是体现在自动驾驶、智能座舱、内饰屏幕,真正体验车企造车技术的是三电系统——“三电”(电池、电控、电驱动)。

  

一、电池


现阶段电池仍旧是新能源汽车整车成本占比最高的一项大约在40%左右。

动力电池在新能源汽车上一般又称为动力蓄电池,是指为电动汽车动力系统提供能量的蓄电池,主要用于接受和存储由外置充电装置和制动能量回收装置提供的电能,并通过高压配电系统为驱动电机、电动空调压缩机、PTC 加热器等高压用电设备提供电能。

关乎到汽车的续航里程及行车安全等等诸多方面。电池的关键在电芯,电芯最重要的材料便是正负极、隔膜、电解液。

正极材料广为熟知的有磷酸铁锂、三元锂、钴酸锂、锰酸锂以及镍氢电池等。

  

先来了解下影响电池使用性能的几个主要参数:

正极材料的稳定性:直接影响到电池的安全性能,乃至整车的安全性能,这也就不难解释某某品牌的电池自燃现象了。

  

能量密度:电池的能量密度分为质量能量密度和体积能量密度。质量能量密度是指电池单位质量所能输出的电能。体积能量密度是指电池单位体积所能输出的电能。很显然能量密度越大,同样体积或质量的电池能够携带的电能就越多,也就是说续航里程就越大。另外还有一个功率密度,衡量的是电池的瞬间放电能力,功率密度越大,放电能力越强,车辆的瞬间加速能力越好。

 

所以能量密度不够高也是目前阻碍新能源汽车发展的一个很大原因。

目前市面上常见车型电池类型选用情况:

通过车企对动力蓄电池的选择也可以间接反应出各车企的追求目标和发展思路,有些更加注重续航里程,有更好的续航体验;有些车企更加注重行车安全,更加注重安全第一的理念。


目前市场主要是磷酸铁锂与三元锂之争,其他已经基本被乘用车淘汰。


二、电机

  

驱动电机是电动汽车驱动装置的核心部件,应用于各种电动汽车上。驱动电机的性能直接影响到整车性能。


电机细分树状图

电机细分树状图

  

电机由三部分组成:定子、转子、壳体,电机技术的关键点在定子、转子。它承担了与新能源汽车行驶相关的所有功能。新能源汽车的电机有正转和反转,正转即为向前行驶,反转即为倒车。并且还要有很广的调速范围,在能量回收工况时可充当发电机来用。


目前常用的驱动电机有三类:直流电机、永磁同步电机、交流感应(异步电机)电机。

  

其性能差异对比如下图:


直流电机


直流电机应用非常广泛,上图这种相比大家都不陌生吧

  

缺点在于:效率低、质量大、体积大、可靠性差。新一代电动汽车已经淘汰该电机

  

感应电机


感应电机和永磁结构是相似的,本质都是通过电磁感应原理产生电流。它们最主要的差别就在于转子,一个有磁,使用永磁材料,一个没有磁,通常使用铝或铜材料。


特斯拉早先车型上使用的感应电机

特斯拉早先车型上使用的感应电机

  

感应电机抗高温性能强,环境适应性更加佳,感应电机虽然最高效率小于永磁电机,但是平均效率表现得更好。不过缺点在于感应电机不容易控制,在研发成本上是增加的,不过在原材料成本上要小于永磁电机。


永磁电机


永磁电机转子的磁场是由永磁体产色的,避免了因生磁导致的电能损耗,而且尺寸和质量偏小,布置相对灵活。

  

缺点有高温退磁风险(考验电机散热能力),空载损耗略高。

  

不过现在的一些4驱或者双电机性能取向的车型,会采用两者搭配的方式。因为四驱的电动车架构下当不需要那么高的性能时可以仅让一个电机工作但永磁同步电机由于存在永磁体空载时会产生反拖滞阻碍车辆行进异步电机没有永磁体空载时没有反拖滞,所以永磁同步电机空载损耗会高于异步电机。


因此四驱的动力要实现近两驱的能耗就需要“同异”搭配,效率最大化。

  

电动车极限的动力输出日常使用频率较低在日常行驶低负荷工况下以永磁同步电机驱动为主处于随动的状态,实现近两驱的能耗。在加速工况下双电机最大输出实现四驱的动力,可以给整车带来更好性能体验和综合能耗。

  

机械传动装置:

  

机械传动装置是将电机输出机械能传递给车轮的装置。因为电机一般都具有较好的调速性能,现在的机械传动装置一般都是固定速比的减速机构,不再需要变速器,没有什么技术难度,不做太多介绍。(下阶段的2/3挡电动车专用变速箱其实也取决于车企想不想做和划不划算做而已)

  

目前电机和机械传动装置基本是机电集成一体化的,可以做到传动效率更高,可靠性更好,质量更轻,体积更小。


三、电控

  

电控部分基本相当于车辆的神经中枢,相当于人类的大脑,起着控制整车运行的作用。

  

新能源汽车电机、电控系统作为传统发动机(变速箱)功能的替代,其性能直接决定了电动汽车的爬坡、加速、最高速度等主要性能指标。同时,电控系统面临的工况相对复杂:需要能够频繁起停、加减速,低速/爬坡时要求高转矩,高速行驶时要求低转矩,具有大变速范围;混合动力车还需要处理电机启动、电机发电、制动能量回馈等特殊功能。

  

电控方面,对于一般的主机厂来说,真正掌握的只有整车控制器,新能源汽车整车控制器与传统汽车的整车控制器差别并不是很大,它的成熟度也比较高。


此外,电机的能耗直接决定了固定电池容量情况下的续航里程。因此,电动汽车驱动系统在负载要求、技术性能和工作环境上有特殊要求:


1、驱动电机要有更高的能量密度,实现轻量化、低成本,适应有限的车内空间,同时要具有能量回馈能力,降低整车能耗;


2、驱动电机同时具备高速宽调速和低速大扭矩,以提供高启动速度、爬坡性能和高速加速性能;


3、电控系统要有高控制精度、高动态响应速率,并同时提供高安全性和可靠性。


电机电控系统作为新能源汽车产业链的重要一环,其技术、制造水平直接影响整车的性能和成本。


目前,国内在电机、电控领域的自主化程度仍远落后于电池,部分电机电控核心组件如IGBT 芯片等仍不具备完全自主生产能力,具备系统完整知识产权的整车企业和零部件企业仍是少数!



最后,国内绝大部分自主品牌仅掌握了整车控制器与三电集成技术,对三电零部件技术却仍是处于落后的阶段,毕竟技术不是一蹴而就的。而合资品牌方面,没有电芯是它们唯一的软肋,他们更多的通过自己设计电池组与电池管理系统,进而掌握动力电池技术弥补了这个缺陷。

  

未来随着新能源汽车技术的不断进步,技术瓶颈将逐个被突破,那时的新能源汽车的续航问题,安全问题,充电问题,成本问题都不会再成为车主朋友和车企关心的问题,届时的新能源汽车也会变得更加成熟,市场占比更加广泛。


编辑:鲁迪 引用地址:新能源汽车核心技术“电池、电机、电控”三电系统解读

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